前驱体溶液调控优化氧化钴薄膜微结构与晶格应变实现高性能超级电容器

《Inorganic Chemistry Communications》：Tuning the properties of cobalt oxide thin films via precursor solution engineering for high-performance supercapacitor applications

本文通过前驱体摩尔浓度调控，在喷雾热解法制备的Co3O4薄膜中实现了微观结构与晶格应变的协同调控。优化薄膜呈现1501.10 m2/g的比表面积和介孔主导结构，XPS证实其具有混合Co3+/Co2+氧化态。在三电极/二电极测试中分别实现1400 F/g和1189 F/g的比电容，15,000次循环后容量保持率达85%，展现了前驱体浓度工程对超级电容器性能提升的有效性。

　　

材料

我们采用FTO（氟掺杂氧化锡）作为Co₃O₄氧化还原材料的背接触电极。该FTO购自VRITRA Technologies，电阻率约为10 Ω·m，涂层厚度约450 nm，基底厚度为2.2 mm。前驱体溶液使用LOBA Chemicals提供的六水合三氯化钴制备。沉积在FTO基底上的Co₃O₄薄膜厚度范围为0.82 mm至...

X射线衍射

通过X射线衍射（XRD）在2θ角度10°至70°范围内研究了化学计量Co₃O₄薄膜的晶体结构。衍射图谱（图2）与标准JCPDS卡片（编号96-152-6735）匹配，证实了尖晶石Co₃O₄物相的形成。无杂峰出现表明材料具有高相纯度。与既往研究一致，Co₃O₄薄膜以立方晶系结晶，属于F4-3m空间群...

结论

本研究表明，在化学喷雾热解过程中调控前驱体摩尔浓度是控制Co₃O₄薄膜电极微观结构和电化学性能的有效手段。通过将浓度从0.05 M系统调整至0.2 M，可精确调控晶粒尺寸、薄膜粗糙度和孔道结构，最终获得具有化学计量组成的多晶立方Co₃O₄材料。优化后的薄膜呈现纤维网络状形貌和以介孔为主导的结构特征，为电解质渗透提供了理想通道...